SUP9 vs SUP10 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
SUP9 dan SUP10 adalah kelas baja karbon struktural yang saling terkait erat yang sering dipertimbangkan dalam fabrikasi berat, komponen mesin, dan bagian yang dipanaskan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya mempertimbangkan trade-off antara kemampuan pengelasan, ketangguhan, kemampuan mesin, dan kekuatan yang dapat dicapai saat memilih di antara keduanya. Perbedaan praktis utama adalah peningkatan kandungan karbon yang disengaja dan moderat pada SUP10 dibandingkan dengan SUP9, yang menggeser kinerja menuju kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi dengan mengorbankan beberapa duktilitas dan kemampuan pengelasan. Dua kelas ini sering dibandingkan di mana desainer harus menyeimbangkan kapasitas beban komponen dan ketahanan aus terhadap kemudahan fabrikasi dan biaya perlakuan panas.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar khas di mana keluarga kelas serupa muncul: ASTM/ASME (baja karbon dan baja paduan rendah), EN (baja struktural Eropa dan baja yang dikuatkan), JIS (Standar Industri Jepang), GB/T (standar Tiongkok).
- Klasifikasi: baik SUP9 maupun SUP10 adalah baja karbon atau baja paduan rendah yang tidak tahan karat (bukan baja alat atau baja tahan karat austenitik). Mereka umumnya diposisikan sebagai baja karbon atau baja paduan rendah yang ditujukan untuk bagian yang mungkin dinormalisasi, dikuatkan & dipanaskan, atau diperlakukan panas untuk mengontrol kekuatan/ketangguhan. Mereka bukan kelas baja tahan karat nikel tinggi atau HSLA dengan mikro paduan yang signifikan secara default, meskipun varian pabrik tertentu mungkin termasuk tambahan mikro paduan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | SUP9 (strategi khas) | SUP10 (strategi khas) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Karbon lebih rendah dibandingkan SUP10; ditargetkan untuk keseimbangan ketangguhan dan kemampuan pengelasan | Karbon lebih tinggi daripada SUP9 untuk meningkatkan kekuatan/kekerasan |
| Mn (Mangan) | Sedang — deoksidator dan kontributor kekuatan | Serupa atau sedikit disesuaikan untuk mempertahankan kekerasan dan kekuatan |
| Si (Silikon) | Deoksidator; biasanya rendah hingga sedang | Serupa — peran utama deoksidasi |
| P (Fosfor) | Tingkat kotoran rendah yang terkontrol | Tingkat kotoran rendah yang terkontrol |
| S (Belerang) | Dijaga tetap rendah; tambahan sulfida untuk kemampuan mesin mungkin ada pada varian pemesinan bebas | Dijaga tetap rendah; pendekatan serupa |
| Cr (Krom) | Sering minimal atau tidak ada; jika ada, jumlah kecil untuk kekerasan | May have similar small amounts; not a principal strengthening alloy |
| Ni (Nikel) | Biasanya tidak ada atau jejak | Biasanya tidak ada atau jejak |
| Mo (Molybdenum) | Biasanya jejak jika ada; digunakan untuk meningkatkan kekerasan pada varian paduan | Could be present in small amounts in some suppliers to boost hardenability |
| V, Nb, Ti (Mikro Paduan) | Sering tidak ditentukan; mungkin ada pada varian mikro paduan | Possible low-level additions in some variants to refine grain and improve toughness |
| B (Boron) | Tidak biasanya ditentukan | Tidak biasanya ditentukan |
| N (Nitrogen) | Rendah; terkontrol | Rendah; terkontrol |
Catatan: Alih-alih perbedaan radikal dalam suite paduan, pendekatan desain untuk SUP10 adalah meningkatkan kandungan karbon untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik yang dapat dicapai setelah perlakuan panas sambil mempertahankan resep paduan yang relatif sederhana. Mn dan Si digunakan secara konvensional untuk deoksidasi dan kontrol kekuatan. Mikro paduan (V, Nb, Ti) dapat muncul dalam produk pabrik tertentu untuk menyesuaikan ketangguhan tanpa peningkatan karbon yang berlebihan.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon: penentu utama kekerasan dan fraksi martensit yang dikuatkan; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi duktilitas dan kemampuan pengelasan. - Mangan dan molybdenum: meningkatkan kekerasan dan kekuatan; mereka mengurangi sensitivitas terhadap laju pendinginan. - Elemen mikro paduan (V, Nb, Ti): memperhalus butir, meningkatkan penguatan presipitasi, dan dapat meningkatkan ketangguhan tanpa peningkatan karbon yang besar.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas: - SUP9 (karbon lebih rendah): dalam kondisi dinormalisasi, cenderung membentuk matriks ferit–pearlit dengan pearlit yang relatif lebih kasar tergantung pada pendinginan. Setelah dikuatkan & dipanaskan, mikrostruktur martensit / bainit yang dipanaskan diharapkan pada tingkat pengerasan yang moderat. - SUP10 (karbon lebih tinggi): lebih banyak pearlit dalam kondisi digulung atau dinormalisasi; ketika dikuatkan, proporsi martensit yang lebih tinggi terbentuk pada laju pendinginan yang sebanding, menghasilkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi.
Rute perlakuan panas: - Normalisasi: memperhalus butir dan menghasilkan ferit–pearlit; karbon yang lebih tinggi pada SUP10 menghasilkan struktur dinormalisasi yang lebih keras dibandingkan SUP9 untuk jalur pendinginan yang sama. - Dikuatkan & dipanaskan: kedua kelas merespons dengan membentuk martensit pada pendinginan cepat. SUP10 mencapai kekerasan yang lebih tinggi setelah dikuatkan dan memerlukan jadwal pemanasan yang mengurangi kerapuhan sambil mempertahankan kekuatan yang lebih tinggi. Resep pemanasan harus memperhitungkan peningkatan karbon untuk menghindari zona kerapuhan pemanasan. - Pemrosesan termo-mekanis: penggulungan terkontrol atau TMCP dengan pendinginan yang dipercepat dapat menghasilkan campuran bainit atau martensit-ferit yang halus. Varian mikro paduan dari kedua kelas dapat memperoleh ketangguhan yang lebih baik dengan ukuran butir yang lebih halus.
Implikasi metalurgi: - Karbon yang lebih tinggi meningkatkan sensitivitas suhu Ms (martensite start) dan meningkatkan potensi kekerasan pasca-dikuatkan, tetapi juga meningkatkan risiko mikrostruktur martensitik yang rapuh jika pemanasan tidak memadai. - Elemen paduan yang meningkatkan kekerasan (Mn, Mo) mengurangi kebutuhan untuk pendinginan yang sangat cepat tetapi harus seimbang untuk mempertahankan kemampuan pengelasan.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | SUP9 (harapan umum) | SUP10 (harapan umum) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang — keseimbangan yang baik dengan duktilitas | Lebih tinggi — kapasitas tarik maksimum meningkat setelah perlakuan panas |
| Kekuatan luluh | Sedang | Lebih tinggi |
| Peregangan (duktilitas) | Duktilitas lebih tinggi dibandingkan SUP10 | Peregangan lebih rendah karena peningkatan karbon dan fraksi martensit |
| Ketangguhan impak | Ketangguhan notch yang lebih baik pada kekuatan yang sebanding karena karbon yang lebih rendah | Ketangguhan impak yang berkurang pada tingkat perlakuan panas yang sama kecuali dipanaskan atau dipaduan untuk mengkompensasi |
| Kekerasan (potensi setelah dikuatkan) | Kekerasan maksimum yang dapat dicapai lebih rendah | Kekerasan yang dapat dicapai lebih tinggi; potensi ketahanan aus meningkat |
Penjelasan: Peningkatan yang didorong oleh karbon pada SUP10 meningkatkan potensi kekuatan tarik dan kekuatan luluh di bawah kondisi perlakuan panas yang serupa. Trade-off adalah berkurangnya duktilitas dan ketangguhan kecuali pemanasan, mikro paduan, atau perlakuan panas pasca-las digunakan untuk mengurangi kerapuhan. Pemilihan material harus mempertimbangkan keseimbangan yang diperlukan antara kekuatan statis dan ketangguhan dinamis.
5. Kemampuan Pengelasan
Pertimbangan kemampuan pengelasan menekankan kandungan karbon, kekerasan, dan mikro paduan pada tingkat ppm.
Indeks yang berguna: - Setara Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (untuk baja yang mencakup efek paduan lainnya): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Karbon yang lebih tinggi pada SUP10 meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap SUP9, menandakan kerentanan yang lebih tinggi terhadap retak dingin, kebutuhan pemanasan awal yang lebih besar, dan perlunya kontrol suhu antar proses yang terjaga. - Jika Mn/Mo ditingkatkan bersamaan dengan karbon untuk mempertahankan keseimbangan kekerasan, efek pada kemampuan pengelasan dapat diperkuat karena elemen-elemen ini lebih lanjut meningkatkan metrik setara karbon. - Mitigasi praktis: pemanasan awal dan suhu antar proses yang terkontrol, proses pengelasan hidrogen yang lebih rendah, perlakuan panas pasca-las (PWHT), dan logam pengisi yang dirancang untuk memenuhi persyaratan ketangguhan.
Secara keseluruhan: SUP9 umumnya lebih mudah untuk dilas dan memerlukan pemanasan awal/PWHT yang kurang ketat dibandingkan SUP10 untuk geometri komponen yang sebanding.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SUP9 maupun SUP10 adalah baja karbon yang tidak tahan karat; mereka bergantung pada perlindungan permukaan untuk ketahanan korosi.
- Strategi perlindungan yang khas: galvanisasi celup panas, elektroplating seng, pelapis organik (cat, epoksi), dan pelapis konversi khusus. Untuk komponen yang memerlukan ketahanan terhadap paparan jangka panjang, sistem dupleks (galvanis + cat) adalah umum.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja karbon biasa: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini berlaku untuk paduan tahan karat; karena kandungan Cr dan Mo rendah atau tidak ada pada SUP9/SUP10, ketahanan korosi harus disuplai oleh pelapis daripada paduan intrinsik.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin: kekerasan dan kandungan karbon yang lebih tinggi pada SUP10 meningkatkan keausan alat dan mungkin memerlukan umpan yang lebih lambat atau kelas alat yang lebih kuat. SUP9 umumnya akan lebih mudah diproses, terutama dalam kondisi yang dinormalkan atau dikuatkan.
- Kemampuan pembentukan: duktilitas yang lebih tinggi pada SUP9 membuatnya lebih baik untuk operasi pembentukan (pembengkokan, penarikan dalam) tanpa retak. SUP10 kurang toleran dalam pembentukan dan mungkin memerlukan pemanasan antara.
- Pemotongan dan penyelesaian: ketahanan terhadap keausan abrasif lebih tinggi untuk SUP10 ketika diperlakukan panas hingga kekerasan yang lebih tinggi, menjadikannya lebih disukai untuk bagian yang rentan terhadap keausan tetapi lebih menantang untuk operasi penyelesaian.
- Secara keseluruhan: pilih kondisi pasokan (dianil, dinormalisasi, dikuatkan & dipanaskan) untuk menyesuaikan proses pembentukan dan pemesinan yang lebih lanjut.
8. Aplikasi Khas
| SUP9 — Penggunaan Khas | SUP10 — Penggunaan Khas |
|---|---|
| Komponen struktural di mana kemampuan pengelasan dan ketangguhan diprioritaskan (rangka yang dibuat, bagian mesin umum) | Komponen yang memerlukan kekuatan/kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi (gear, pin, poros yang dikenakan beban lebih tinggi) |
| Bagian yang memerlukan kemampuan pembentukan yang baik atau fabrikasi kompleks sebelum perlakuan panas | Bagian yang diperlakukan panas di mana kekuatan tarik yang lebih tinggi diperlukan setelah dikuatkan & dipanaskan |
| Pengikat tugas sedang, braket, penyangga di mana biaya dan kemudahan fabrikasi penting | Rumah bantalan, antarmuka mekanis dengan keausan sedang, komponen yang dikuatkan dan dipanaskan |
Alasan pemilihan: - Pilih SUP9 ketika kompleksitas fabrikasi, kemampuan pengelasan, dan ketangguhan notch sangat penting dan desain tidak menuntut kekuatan yang dikuatkan tertinggi secara mutlak. - Pilih SUP10 ketika desain memerlukan kekuatan pasca-perlakuan panas yang lebih tinggi, ketahanan aus, atau ukuran komponen yang lebih kecil di mana kekuatan yang lebih tinggi mengurangi ukuran atau berat bagian.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: SUP10 biasanya memiliki biaya material yang sama atau sedikit lebih tinggi yang dipicu oleh perlakuan panas tambahan dan kontrol yang lebih ketat yang diperlukan untuk varian karbon yang lebih tinggi. Jika SUP10 memerlukan PWHT yang lebih ketat atau logam pengisi khusus untuk pengelasan, biaya fabrikasi siklus hidup meningkat.
- Ketersediaan: kedua kelas umumnya tersedia dalam bentuk produk standar (batang, pelat, tempa) dari pemasok baja umum. Varian SUP9 mungkin lebih banyak disimpan untuk aplikasi struktural umum; SUP10 mungkin diproduksi berdasarkan pesanan dalam kondisi perlakuan panas tertentu atau memerlukan waktu tunggu yang lebih lama jika kimia khusus atau mikro paduan diminta.
- Catatan pengadaan: minta sertifikat pabrik dan catatan perlakuan panas untuk mengonfirmasi komposisi kimia, kekerasan, dan kondisi perlakuan panas saat menentukan salah satu kelas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | SUP9 | SUP10 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik — setara karbon lebih rendah | Sedang hingga lebih rendah — CE lebih tinggi, memerlukan pemanasan awal/PWHT |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Seimbang — duktilitas dan ketangguhan notch yang lebih baik | Potensi kekuatan lebih tinggi — duktilitas berkurang kecuali dipanaskan |
| Biaya (material + pemrosesan) | Lebih rendah hingga sedang | Sedang hingga lebih tinggi (pemrosesan/perlakuan panas/pengelasan) |
Rekomendasi: - Pilih SUP9 jika Anda memerlukan baja yang lebih mudah dilas dan difabrikasi, memerlukan ketangguhan dan kemampuan pembentukan yang baik pada komponen yang selesai, atau ketika meminimalkan biaya dan kompleksitas fabrikasi adalah prioritas. - Pilih SUP10 jika desain memerlukan kekuatan yang lebih tinggi setelah dikuatkan dan dipanaskan atau kekerasan permukaan yang lebih tinggi untuk ketahanan aus dan Anda dapat mengakomodasi kontrol pengelasan yang lebih ketat serta perlakuan pemanasan/PWHT yang sesuai.
Panduan praktis akhir: - Tentukan kondisi pasokan yang diperlukan (dianil, dinormalisasi, dikuatkan & dipanaskan) dan target sifat mekanik daripada hanya nama kelas. Minta vendor untuk komposisi bersertifikat dan catatan uji kekerasan/dampak. Jika pengelasan diperlukan, sertakan instruksi pemanasan awal dan PWHT dalam spesifikasi fabrikasi dan pertimbangkan untuk menentukan logam pengisi dan kontrol hidrogen untuk mengurangi risiko retak.